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可編程序控制器在工業(yè)控制自動化領(lǐng)域的應(yīng)用

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SLC500系列PLC具有大型PLC的功能，小型PLC的價格和不斷擴充的控制能力和通信能力，可隨時滿足工業(yè)控制中的各種要求。由羅克韋爾自動化公司所屬的A-B公司生產(chǎn)，包括模塊化處理器、輸入輸出模塊、特殊功能（）模塊、電源、框架等。產(chǎn)品目錄號為1746和1747系列，采用框架式結(jié)構(gòu)，為在不同的工業(yè)現(xiàn)場使用提供了穩(wěn)定的可靠平臺。其中SLC 5/05系列PLC是SLC500 系列PLC中支持以太網(wǎng)通信的PLC。
　　1.1 處理器的選擇
　　根據(jù)鎮(zhèn)江市污水收集自動控制系統(tǒng)需通過以太網(wǎng)實現(xiàn)城域網(wǎng)的構(gòu)建，首先確定處理器為支持以太網(wǎng)通信的SLC 5/05系列，再根據(jù)I/O點數(shù)等估算存儲容量并選型。本設(shè)計中選用的是有以太網(wǎng)接口、支持塊傳輸指令的16K存儲容量的1747-L551B處理器模塊。
　　1.2 輸入/輸出模塊的選擇
　　根據(jù)江濱泵站的控制對象、檢測參數(shù)及控制要求，統(tǒng)計PLC的I/O點數(shù)。根據(jù)統(tǒng)計的I/O點數(shù)，考慮價格、備用模塊通用性及留有10%～15%的裕量，本設(shè)計中選用了2個四通道模擬量輸入模塊1746-NI8，20個16點直流24V開關(guān)量輸入模塊1746-IB16和6個交流240V繼電器輸出模塊1746-OW16。
　　1.3 框架和電源的選擇
　　1）框架選擇由上述所選擇的輸入/輸出模塊選用3個10槽的框架，框架間通過框架擴展電纜1746-C9實現(xiàn)互連。
　　2）電源選擇根據(jù)文獻(xiàn)[2][4]中的方法計算并選擇電源模塊，在編程環(huán)境中進(jìn)行I/O組態(tài)（IO Configuration）時，可利用 Power Suplly校驗電源是否滿足要求。本系統(tǒng)中所用電源為1746-P4。
　　1.4 現(xiàn)場總線模塊選擇
　　江濱泵站的六臺潛水泵的功率均為220KW，為了減小啟動沖擊電流和減少泵的啟停次數(shù)，其中四臺泵配置了軟啟動器、兩臺泵配置了變頻器，軟啟動器和變頻器都支持DeviceNet現(xiàn)場總線通信，通過與軟啟動器和變頻器的通信可實現(xiàn)相關(guān)數(shù)據(jù)的讀取、修改及泵的調(diào)速，本設(shè)計中選用了DeviceNet模塊1747-SDN。
　　2 PLC程序設(shè)計
　　2.1 控制要求
　　1）格柵池部分根據(jù)三種運行模式（白天、夜間、暴雨），細(xì)格柵機輪值（輪值時間可在上位機上設(shè)定）或全部參與運行;粗格柵機在有細(xì)格柵機運行的水道之間自動輪值（由其自身PLC根據(jù)外部井位選擇輸入實現(xiàn)）;水道切換時，新投入運行的格柵機正常運行后，原運行格柵機根據(jù)運行模式停止運行或繼續(xù)運行（如：1、2轉(zhuǎn)換為1、3或2、3）;細(xì)格柵機運行采用定時控制方式，定時時間可在上位機上設(shè)置，水道切換時選擇設(shè)備*且運行時間zui短的格柵機所在的水道;白天運行模式時，投運兩個水道;夜間運行模式時，投運一個水道;暴雨運行模式時三個水道同時投入運行;白天、夜間運行模式根據(jù)切換時間點（可在上位機上設(shè)定）自動切換;正常（白天、夜間）運行模式和暴雨運行模式的切換在上位機遙控完成;皮帶輸送機與細(xì)格柵機聯(lián)動，只要有一臺細(xì)格柵機運行，皮帶輸送機就運行（由外圍電氣控制實現(xiàn)）;在格柵機故障的情況下，關(guān)閉故障格柵機對應(yīng)的進(jìn)水閘門，同時置位相關(guān)報警信息位。
　　2）沉砂池部分正常時兩組刮砂機組同時工作，投入運行時先啟動排砂泵，然后啟動砂水分離器，在排砂泵運行后，再打開對應(yīng)的進(jìn)水閘門，然后周期（時間可上位設(shè)置）啟停橋式刮砂機;若排砂泵故障，則關(guān)閉對應(yīng)的進(jìn)水閘門;若某刮砂機故障，則關(guān)閉對應(yīng)的兩個進(jìn)水閘門;投入運行的排砂泵每隔1小時反復(fù)沖洗一次，即停泵10秒后再開泵10秒，反復(fù)5次，以避免排砂泵管道堵塞;當(dāng)集水池水位連續(xù)2小時低于2.6米時，未使用水道排砂泵暫停運行，直至水道恢復(fù)工作或水位再次高于2.6米。
　　3）污水集水池部分污水泵的進(jìn)水閥在自身、對應(yīng)泵和對應(yīng)出水閥*的情況下，長期處于開啟狀態(tài)，不參與自動控制，但可在上位機上根據(jù)需要進(jìn)行遠(yuǎn)程遙控;在兩過江管道閥門有一個全開的情況下，根據(jù)水位和可參與自動運行的泵的臺數(shù)，確定污水泵的運行臺數(shù);正常情況下，*臺啟動變頻泵，然后根據(jù)水位的上升情況遞加軟起泵，兩臺變頻泵之間輪值，四臺軟啟動泵之間輪值;在變頻泵工作水位段，變頻泵一直工作，在需增加水泵時，先啟動水泵再降低變頻泵轉(zhuǎn)速，減泵時，先停泵再提高變頻泵轉(zhuǎn)速;加泵時，啟動*、未運行泵中運行累計時間zui短的泵;減泵時，停運運行泵中累計運行時間zui長的泵;某臺泵啟停2分鐘內(nèi)，其它泵不可啟動（遠(yuǎn)程遙控?zé)o時間限制）;某臺泵自停止運行起，10分鐘內(nèi)不可再啟動（遠(yuǎn)程遙控?zé)o時間限制）;啟動時，先啟動泵，10秒后再開啟對應(yīng)出水閥，停止時，先關(guān)閥門，閥門關(guān)閉后再停泵;加泵時發(fā)出開泵信號后，如在20秒內(nèi)沒有檢測到其運行信號則切換到另外一臺泵;泵啟動后開啟相應(yīng)的出水閥門，開啟閥門信號發(fā)出后，如1分半鐘內(nèi)沒有檢測到閥門未全關(guān)信號則要關(guān)閉該閥門，并停止對應(yīng)的水泵;減泵時，關(guān)閉閥門信號發(fā)出1分半鐘后，若無閥門未全關(guān)信號則要強行停止對應(yīng)的水泵并報警。
　　以上設(shè)備中除泵的出水閥外，其它設(shè)備均可上位設(shè)為遠(yuǎn)程遙控模式，進(jìn)行遙控。
　　2.2 程序設(shè)計
　　從前面的控制要求可知，江濱泵站的控制系統(tǒng)比較復(fù)雜，不僅PLC的輸入/輸出點數(shù)較多、控制邏輯復(fù)雜，而且有現(xiàn)場手動（相對獨立，PLC不參與）、本地自動和遠(yuǎn)程遙控等工作方式。針對這種復(fù)雜情況，在程序設(shè)計時，首先確定程序的總體結(jié)構(gòu)，根據(jù)三個相對獨立的組成部分及通訊要求，將PLC程序按工作方式和功能分為：主程序、格柵池部分子程序、沉砂池部分子程序、集水池部分子程序及通訊子程序。
　　主程序內(nèi)容主要包括：PLC自身的檢測和故障診斷（即“自診斷”），以及初始化程序。初始始程序主要作用是一方面為啟動作必要的準(zhǔn)備，另一方面避免系統(tǒng)發(fā)生誤動作。
　　三個相對的獨立組成部分的子程序內(nèi)容主要包括：控制程序，檢測、故障診斷程序，保護、連鎖程序等?？刂瞥绦虻淖饔檬菍崿F(xiàn)各個組成部分的控制要求，檢測、故障診斷程序的作用是實時檢測相關(guān)數(shù)據(jù)，為控制提供相關(guān)依據(jù)，并根據(jù)輸入的故障信號，確定故障點置位對應(yīng)的報警位或故障處理建議位;保護、連鎖程序與控制程序相結(jié)合，以杜絕由于非法操作而引起的控制邏輯混亂，以保證系統(tǒng)運行安全、可靠。
　　通訊子程序主要作用是實現(xiàn)PLC基于現(xiàn)場總線DeviceNet與軟啟動器、變頻器間的通信，PLC基于以太網(wǎng)與其它泵站PLC間及與上位機間的信息交換。
　　3上位監(jiān)控程序功能
　　本設(shè)計中應(yīng)用組態(tài)軟件Intouch 9.0進(jìn)行上位監(jiān)控程序設(shè)計，所設(shè)計的監(jiān)控程序在上位機上通過以太網(wǎng)交換機與泵站相聯(lián)，主要實現(xiàn)以下功能：
　　1）顯示鎮(zhèn)江市污水管道的管網(wǎng)圖、各泵站在鎮(zhèn)江市地理上的分布情況、各泵站的工藝流程、設(shè)備的運行情況、各泵站現(xiàn)場儀表的實時檢測值（如流量、液位、壓力、PH值等）、測量點（如流量、壓力、液位等）的實時趨勢曲線及歷史曲線、各泵站的電力系統(tǒng)狀態(tài)圖等。
　　2）實時顯示報警信息，并將報警記錄實時存入數(shù)據(jù)庫，可隨時查閱和打印。
　　3）可在監(jiān)控畫面上通過簡單操作實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制和有關(guān)參數(shù)的設(shè)定。
　　4）自動生成主要設(shè)備的日/月運行報表、設(shè)備故障報表、巡更記錄報表等，并可打印。
　　5）可對視頻信號（攝像）統(tǒng)一管理及在工業(yè)控制計算機上進(jìn)行顯示。

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